編號 (可計算性理論)

可計算性理論裡,編號(英語:numbering、indexing等)是將一個集合的元素(如函數、有理數、圖、或形式語言的字串)編上自然數號碼。可計算性以及相關的概念最先定義在自然數上,而利用編號,可將這些概念傳遞到上述的其他集合中作討論。

常見例子有一階邏輯的哥德爾編號以及偏可計算函數的。

定義和例子
集合S的一個編號是由\mathbb{N}到S的,滿的偏函數。編號\nu在數字i的取值(若有定義)一般以\nu_i表示(而不是常見的函數表示\nu(i) )。

編號的例子有:

  • \mathbb{N}所有有限子集構成的集合上,可定義編號\gamma,其中\gamma(0) = \emptyset,而且對任意有限非空集合A = \{a_0, \ldots, a_k\},\gamma(n_A) = A,其中n_A = \sum_{i \leq k} 2^{a_i} 。如果偏編號的定義域是遞歸可枚舉的話,則必存在等價的全編號,等價性的定義將在下節給出。

若集合\{ (x,y) : \eta(x) = \eta(y)\}可判定,則編號\eta可判定

如果\eta(x) = \eta(y)當且僅當x=y,則編號\eta是單值的;換言之,\eta是一個單射函數。偏可計算函數構成的集合上的單值編號又稱。

編號的大小比較
所有編號構成的集合上可以定義預序。令\nu_1: \mathbb{N} \rightharpoonup S和\nu_2: \mathbb{N} \rightharpoonup S是兩編號,則\nu_1可歸約到\nu_2,記為\nu_1 \le \nu_2,當且僅當存在一元偏可計算函數f,使得
:\forall i \in \mathrm{Domain}(\nu_1) : \nu_1(i) = \nu_2 \circ f(i)。

若\nu_1 \le \nu_2而且\nu_1 \ge \nu_2,則\nu_1等價於\nu_2,記為\nu_1 \equiv \nu_2。

可計算編號
如果被編號的對象S足夠「可構」,人們常常會考慮能高效解碼的編號。例如,若集合S遞歸可枚舉,則編號\eta是可計算的當且僅當滿足y \in \eta(x)的二元組(x,y)構成的集合遞歸可枚舉。類似地,偏函數的編號g是可計算的當且僅當關係R(x,y,z) = 「g(x) = z」是偏遞歸的。

若某集合上任意可計算編號都可歸約到特定編號,則稱該特定編號為的。所有\mathbb{N}的遞歸可枚舉子集以及所有偏可計算函數都有主編號。偏遞歸函數上的主編號又稱為。

參見
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  • 哥德爾數

參考文獻

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